CN101942098B

CN101942098B - 一种具有化学交联特性的两亲性壳聚糖及其制备方法

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Publication number: CN101942098B
Application number: CN 201010128578
Authority: CN
Inventors: 赵旭升; 刘光华; 刘峰; 刘乃章
Original assignee: Guangzhou Chemical Co Ltd of CAS
Current assignee: Guangzhou Chemical Co Ltd of CAS
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: CN101942098A

Abstract

本发明公开了一种具有化学交联特性的两亲性壳聚糖及其制备方法，是将壳聚糖与长链脂肪醛反应得到N-长链烷基壳聚糖，然后将N-长链烷基壳聚糖与邻苯二钾酸酐反应，得到的产物进一步与碘代聚乙二醇单甲醚反应后再用一水合肼进行氨基的脱保护反应，得到N-长链烷基-O-聚乙二醇壳聚糖。本发明在制备过程中对壳聚糖分子中的氨基进行有效保护，避免了在氨基上引入聚乙二醇基团，而且通过去除氨基保护，可以使两亲性壳聚糖中保留有部分氨基，产物可以作为制备两亲性壳聚糖空心微囊的前体；而且在壳聚糖的羟基上引入了生物相容性好、低毒易降解的聚乙二醇作为亲水基团，提高了该衍生物在药物载体上的研究和应用价值。

Description

一种具有化学交联特性的两亲性壳聚糖及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子化学领域，特别涉及一种具有化学交联特性的两亲性壳聚糖及其制备方法。

背景技术

两亲性嵌段或接枝共聚物广泛应用于高分子科学和医药学领域。由两亲性聚合物制备的胶束或具有空穴结构的微囊，其内核可作为疏水性药物的容器，将药物增溶在核心，降低毒副作用；其外壳可对药物起保护作用，提高药物的稳定性和达到缓控释作用；同时，水合的外壳可以阻止胶束之间憎水核的相互聚集而稳定存在，通过对胶束的表面修饰可以达到靶向给药目的，因此两亲性共聚物在难溶性药物、大分子药物和基因治疗药物载体给药方面具有独特的优势。

与普通聚合物相比，壳聚糖具有无毒性、生物降解性、含量丰富、易于改性等诸多优点；两亲性壳聚糖作为药物载体具有保护药物、提高吸收效率、缓控释性能和降低毒副作用等多种优点。Zhang等人合成出N-烷基-N-季铵化壳聚糖(Can Zhang，Ya Ding，Yu&Ping，Colloids and Surfaces B：Biointerfaces 2007，55，192)和N-烷基-O-硫酸酯壳聚糖(Can Zhang et.al，Eur.J.Pharm.Sci.2008，33，415)，由前者制备出的直径为24～280nm的纳米胶束对疏水药物喜树碱具有很好的负载作用，负载率达32.5％；后者在水中形成的胶束直径范围在100～400nm之间，对疏水抗肿瘤药物紫杉醇具有较好的溶解能力。Peng等人(Peng&Zhang，Langmuir 2005，21，1091)制备出两亲性N-甲基化壳聚糖衍生物，利用乳液交联法形成直径为2-5um的空心微囊。作为潜在的药物载体，要求两亲性壳聚糖结构中的改性基团、特别是交联后处于微囊外层的亲水基团具有较好的生物相容性和无毒性；而且，稳定微囊的形成主要依赖于部分活性氨基发生化学交联；因此，在改性过程中，部分活泼氨基的保留及其有效保护显得十分必要，但是目前关于两亲性壳聚糖的研究对这些问题考虑不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种纯度高、生物相容性好、工艺简单的具有化学交联特性的两亲性壳聚糖。

本发明的另一目的在于提供一种上述两亲性壳聚糖的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种具有化学交联特性的两亲性壳聚糖，是N-长链烷基-O-聚乙二醇壳聚糖，其通式如下：

R＝-(CH₂CH₂O)_mCH₃或H

其中，n＝5～11，优选n＝6～9；聚乙二醇单甲醚取代基的分子量为200～2000，m＝5～45；长链烷基的取代度x＝20％～80％，分子中保留的-NH₂含量y为20％～80％，聚乙二醇的取代度为20％～150％。

上述N-长链烷基-O-聚乙二醇壳聚糖的制备方法，包括下述步骤：

(1)将分子量为2×10⁴～1×10⁵的壳聚糖(CTS)在甲醇中分散，加入长链脂肪醛(R-CHO)进行Schiff反应，壳聚糖与长链脂肪醛的摩尔比为1∶(0.5～1.5)，反应12～24小时，然后缓慢滴入KBH₄水溶液还原，长链脂肪醛与KBH₄的摩尔比为1∶(1～2)，继续反应12～24小时，分离纯化，得到N-长链烷基壳聚糖；

(2)将所述N-长链烷基壳聚糖与邻苯二甲酸酐加入无水N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在50～150℃和N₂保护下反应3～10小时，所述N-长链烷基壳聚糖中氨基与所述邻苯二甲酸酐的摩尔比为1∶(2～5)，其中所述N-长链烷基壳聚糖中氨基的含量通过元素分析计算得到；反应结束后将反应液倒入冰水中，析出沉淀并用乙醇进行索氏提取，分离纯化，得到N-邻苯二甲酰-N-长链烷基壳聚糖；

(3)将摩尔比为1∶(1～5)∶(1～5)的N-邻苯二甲酰-N-长链烷基壳聚糖(PACTS)、碘代聚乙二醇单甲醚(MPEGI)和氧化银(Ag₂O)加入无水N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在50～80℃下反应10～20小时，再加入水合肼(质量百分比为80％)和去离子水，在60～100℃下继续反应10～20小时，反应液经去离子水透析48～96小时，分离纯化，得到N-长链烷基-O-聚乙二醇壳聚糖。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明在制备过程中对壳聚糖分子中的氨基进行有效保护，避免了在氨基上引入聚乙二醇基团，而且通过去除氨基保护，可以使两亲性壳聚糖中保留有部分氨基，产物可以作为制备两亲性壳聚糖空心微囊的前体。

(2)本发明在壳聚糖的羟基上引入了生物相容性好、低毒易降解的聚乙二醇作为亲水基团，提高了该衍生物在药物载体上的研究和应用价值。

(3)本发明选择先引入疏水长链烷基、后引入亲水聚乙二醇的方法，所以容易去除第一步Schiff反应中残余的长链脂肪醛，产物较纯。

附图说明

图1为各种壳聚糖壳聚糖及其制备的衍生物的红外光谱。

(其中，a为未改性的壳聚糖；b为本发明制备的N-邻苯二甲酰-N-辛基壳聚糖；c和d为本发明制备的具有不同O-PEG取代度的N-辛基-O-PEG壳聚糖)。

图2为未改性壳聚糖的1H NMR图谱

图3为本发明制备的N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖的1H NMR图谱

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：N-辛基壳聚糖的制备

将分子量为5×10⁴的未改性壳聚糖(5.0g，31mmol)与50ml甲醇混合，机械搅拌分散并逐滴加入5.0ml辛醛(32mmol)，室温下反应24h。称取1.8g固体KBH₄并用15ml蒸馏水溶解后，缓慢滴入反应液中，辛醛与KBH₄的摩尔比为1∶1，室温下继续反应24h；然后用稀盐酸溶液中和，经静置和抽滤后用甲醇洗涤数次，50℃下真空干燥得7.0g N-辛基壳聚糖。通过元素分析得知2位氨基上辛基的取代度(DS)为54.3％(见表1)。

图1-a为未改性壳聚糖的红外光谱；图2为未改性壳聚糖的1H NMR图谱。

实施例2：N-邻苯二甲酰-N-辛基壳聚糖(NOOPC)的制备

分别取N-辛基壳聚糖(3.0g，含有氨基6.2mmol)、邻苯二甲酸酐(2.8g，18.6mmol)混于40ml无水DMF中，在130℃和N₂保护下反应6h。然后将反应液倾入冰水中，析出沉淀，用乙醇索氏提取该沉淀物48h，在50℃下真空干燥提纯后的沉淀物，得3.6g N-邻苯二甲酰-N-辛基壳聚糖。

图1中b为N-邻苯二甲酰-N-辛基壳聚糖的红外光谱，由图1-b可见，峰的位置及其归属如下：IR：3556cm^-1(-OH，-NH₂)；2927，2958，1464cm^-1(octyl groups)；721，1776，1716cm^-1(phthalimide groups))。

实施例3：N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖(NOOMC(I))的制备

取N-邻苯二甲酰-N-辛基壳聚糖(NOOPC)1.5g，预先制备的碘代聚乙二醇单甲醚(MPEGI)10.2g，新鲜制备的Ag₂O 1.2g，三者摩尔比为n(POCTS)∶n(MPEGI)∶n(Ag₂O)＝1∶1∶1，反应物混于60ml DMF中，在60℃下磁力搅拌反应16h，然后加入80ml水和50ml水合肼(80％)，温度升至90℃继续反应15h；过滤除去溶液中不溶物，所得滤液蒸除溶剂至粘稠状，然后加入适量去离子水溶解，再用去离子水透析72h，除去DMF和过量的碘代聚乙二醇单甲醚，透析后的溶液为N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖的水溶液，将该水溶液蒸馏浓缩得到黄色固体N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖。

图1中c为本实施例制备的N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖的红外光谱，由图可见，IR：3460cm^-1(-OH，-NH2)；2889cm^-1(ethoxyl，octyl groups)；1646cm^-1(-NH₂)；1115cm-1(C-O)。

图3为本实施例制备的N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖的1H NMR图谱。

从元素分析结果得知聚乙二醇的取代度DS约为41.8％，具体见表1。

实施例4：N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖(NOOMC(II))的制备

取N-邻苯二甲酰-N-辛基壳聚糖(NON PC)0.8g，预先制备的碘代聚乙二醇单甲醚(MPEGI)10.8g，新鲜制备的Ag₂O 1.3g，三者反应摩尔比为n(POCTS)∶n(MPEGI)∶n(Ag₂O)＝1∶2∶2，反应物混于50ml DMF中，在60℃磁力搅拌下反应16h，然后加入60ml水和40ml水合肼(80％)，温度升至90℃继续反应15h。过滤除去溶液中不溶物，所得滤液蒸除溶剂至粘稠状后加入适量去离子水溶解，再用去离子水透析72h，除去残余的DMF和碘代聚乙二醇单甲醚。将透析后的N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖的水溶液蒸馏浓缩得到黄色固体N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖。

图1中d为本实施例制备的N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖的红外光谱，由图可见，峰的位置及其归属如下。IR：3458cm^-1(-OH，-NH₂)；2889cm^-1(ethoxyl，octyl groups)；1676cm^-1(-NH₂)；1112cm^-1(C-O).

图3为本实施例制备的N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖的1H NMR图谱。

元素分析得到聚乙二醇的取代度DS为81.9％。

表1壳聚糖及其衍生物的元素分析结果

NOC：N-辛基壳聚糖

NONPC：N-邻苯二甲酰-N-辛基壳聚糖

NOOMC：N-辛基-O-聚乙二醇壳聚糖

DS：取代度

^a是辛基在N位的取代度；^b是邻苯二甲酸酐在N位的取代；^c，^d是聚乙二醇在-OH的取代度。

Claims

1.一种具有化学交联特性的两亲性壳聚糖，是N-长链烷基-O-聚乙二醇壳聚糖，其通式为：

其中，n＝5～11；聚乙二醇单甲醚取代基的分子量为200～2000，m＝5～45；长链烷基的取代度x＝20％～80％，分子中保留的-NH₂含量y为20％～80％，聚乙二醇的取代度为20％～150％；所述长链烷基为辛基。

2.一种权利要求1所述的具有化学交联特性的两亲性壳聚糖的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)将分子量为2×10⁴～1×10⁵的壳聚糖在甲醇中分散，加入长链脂肪醛进行Schiff反应，壳聚糖与长链脂肪醛的摩尔比为1∶(0.5～1.5)，反应12～24小时，然后缓慢滴入KBH₄水溶液还原，长链脂肪醛与KBH₄的摩尔比为1∶(1～2)，继续反应12～24小时，分离纯化，得到N-长链烷基壳聚糖；

(2)将所述N-长链烷基壳聚糖与邻苯二甲酸酐加入无水N，N-二甲基甲酰胺中，在50～150℃和N₂保护下反应3～10小时，所述N-长链烷基壳聚糖中氨基与所述邻苯二甲酸酐的摩尔比为1∶(2～5)，其中所述N-长链烷基壳聚糖中氨基的含量通过元素分析计算得到；反应结束后将反应液倒入冰水中，析出沉淀并用乙醇进行索氏提取，分离纯化，得到N-邻苯二甲酰-N-长链烷基壳聚糖；

(3)将摩尔比为1∶(1～5)∶(1～5)的N-邻苯二甲酰-N-长链烷基壳聚糖、碘代聚乙二醇单甲醚和氧化银加入无水N，N-二甲基甲酰胺中，在50～80℃下反应10～20小时，再加入水合肼和去离子水，在60～100℃下继续反应10～20小时，反应液经去离子水透析48～96小时，分离纯化，得到N-长链烷基-O-聚乙二醇壳聚糖；所述长链脂肪醛为辛醛；所述长链烷基为辛基。